金属催化下构建氮杂环的双环化反应研究*

范威

(滁州城市职业学院 科研处，安徽 滁州 239000)

氮杂环化合物包括吡啶、三唑、吡咯等不同的结构，存在于异亚胺 A、氯苯那吡、吲哚美辛等生物碱中，可作为CB1变构激动剂、HMG-CoA还原酶抑制剂、HIV-1整合酶抑制剂等，是一类重要的化合物。在不同金属催化下，双环化反应构建了结构多样的氮杂环骨架，丰富了杂环化合物的种类。本文将对金属催化下合成氮杂环化合物的双环化反应(单组分双环化反应、两组分双环化反应以及多组分双环化反应)进行论述，以期今后对该类衍生物的绿色高效合成有一定的借鉴、指导作用。

1 单组分双环化反应

Chen K等[1]报道了单电子转移(SET)控制下铑(II)催化的扩环反应，合成了一系列吲哚稠合的氮杂环化合物。该反应的扩环方向受亚甲基环烷烃的控制。当n=1时，修饰了吲哚骨架的1,2,3位；当n>1时，修饰了吲哚骨架的2位和3位(式(1))。

Tang H T等[2]用金(I)催化N-炔丙基磺酰基腙，高化学选择性地合成了5,6-二氢吡唑并[1,5-c]喹唑啉。该反应温度适宜(室温)，反应时间短(30 min)，底物范围广(20个产物)，可用于合成潜在的Eg5 / Kinesin纺锤体蛋白抑制剂(式(2))。

Li P H等[3]用一价铜催化N-吲哚系环丙烯衍生物，在室温下通过[3+2]环加成以及Friedel-Crafts型环化反应合成了环戊烯并[1,4]二氮杂卓衍生物。该环加成反应的不对称变体可以实现，合成的产物具有中等ee值(见式(3))。

2 两组分双环化反应

Li N等[4]开发了一种未见报道的金催化的串联反应，用易制备的2-炔基苯基叠氮化物和炔丙醇合成了结构多样性的吡咯并吲哚酮。该反应生成了两个立体中心，其中一个是具有极佳光学纯度的季碳中心(见式(4))。

Yu J X等[5]发展了氯化镍促进下的[2+2+1]碳环化反应，通过C─C / N─O键断裂和C─H功能化构建了环戊二烯并[c]喹啉酮骨架。该反应需要在氩气条件下，对设备要求高。拓展了26个底物，最高产率达到84%(见式(5))。

Gobe V等[6]报道了金催化的串联反应，从N-烯丙基色胺和邻炔基芳基醛出发，以高非对映选择性合成了吲哚并[2,3-a]喹唑烷类化合物。需要注意的是该过程是在脱保护的吲哚化合物上进行的，下一步的多步不对称合成还待开展(见式(6))。

Zhang X Y等[7]报道了一例脱羧串联碳环化反应，以环丙烯酰胺衍生物和羧酸为原料，在可见光照射和环金属化铱配合物催化下构建了苯并[d]氮杂卓酮骨架(见式(7))。

Artigas A等[8]报道了铑催化下的分子间双环化反应。该反应通过双丙二烯的分子内环异构化形成环庚二烯中间体，然后与烯烃通过区域选择性[4 + 2]环加成反应合成苯并[d]氮杂卓衍生物(见式(8))。

Liu Y等[9]通过钯催化的Sonogashira偶联，吲哚环化，区域选择性和化学选择性N-1酰化和1,4-Michael加成过程，合成了四氢[1,4]二氮杂庚烷[1,2-a]吲哚和六氢[1,5]重氮苯并[1,2-a]吲哚。该反应官能团兼容性好，但原料不易制备，整体产率不太理想(见式(9))。

Gong X等[10]报道了醋酸钯催化下2-炔基苯胺和2-(2-溴亚苄基)环丁酮的串联反应，构建了具有良好官能团耐受性的苯并[b]萘并[2,3-d]偶氮酮。该反应成本低，操作简单，但分离产率有待进一步提高(见式(10))。

3 多组分双环化反应

Sun H等[11]描述了使用三价铑催化的三重C─H / N─H / C─H活化-环化的三组分多米诺反应，合成了多取代的吲哚并[2,1-a]异喹啉。该反应需要在无水无氧条件下反应，选用的银盐昂贵，不易于大规模应用(见式(11))。

Jia F C等[12]从(E)-1-溴-2-(2-硝基乙烯基)苯，醛和叠氮化钠出发，通过连续的[3+2]环加成、铜催化的SNAr、还原、环化、氧化过程，合成了[1,2,3]三唑并[1,5-c]喹唑啉。该反应一步生成了5个C─N键，选用的催化剂廉价，但原料叠氮化钠具有爆炸危险，需要格外小心(见式(12))。

Li S等[13]从联芳烃和炔烃出发，通过C─H活化和双导向基策略一步合成了1,1'-二异喹啉衍生物。该反应底物范围广，最佳产率达到96%。同时，对产物的PL光谱进行了测试(见式(13))。

4 结论

在铑、金、钯、铜等催化下，通过单组分双环化反应构建了吲哚、吡唑并喹唑啉、二氮杂卓等氮杂环骨架，两组分双环化反应构建了吡咯嗪、吡咯并吲哚酮、苯并[1,2-a]吲哚等氮杂环骨架，多组分双环化反应构建了吲哚并[2,1′-a]异喹啉、喹唑啉、1,1'-双异喹啉等氮杂环骨架，极大地丰富了氮杂环化合物库。